混合动力|基于混合动力汽车的动力电池支架结构性能研究( 二 )
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图4 压边限位结构图
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图5 凹形限位结构图
1.2 设计要求
动力电池支架是固定动力电池的主要功能件 ， 其设计要求有以下几方面：
（1）要求其一阶模态在约束条件下固有频率大于30Hz ， 以避免在车辆正常行驶状态下支架与路面随机激励之间产生共振 ， 影响固定的可靠性；
（2）由于支架承受着垂向颠簸、前进制动、倒车制动、左转弯、右转弯等工况下的冲击载荷 ， 要求其结构具有一定的强度 。 根据道路试验载荷采集结果分析 ， 本文在X 和Y 轴方向上施加3G 加速度 ， 在Z 轴方向上施加5G 加速度 ， 其结构上所承受的最大应力小于材料的屈服强度；
对上述模型在X 轴方向上施加100%正面碰撞时最大加速度 ， 通过软件计算 ， 得到动力支架主应力图 ， 如图12 所示 。 根据计算结果可知 ， 动力支架在碰撞过程中所承受的最大主应力为378.5Mpa ， 其值小于材料的90%抗拉强度382.5Mpa ， 满足设计要求 。
（4）要求安装螺栓的屈服力和安装力矩所产生的摩擦力大于螺栓所承受的最大冲击力 ， 避免产生螺栓滑移和损坏 。
以上要求 ， 为后续结构性能分析提供了评价基准 。
2 动力电池支架结构性能分析
表1 材料性能参数
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动力电池支架是主要通过钣金冲压成型 ， 材料采用HC300LA 钢板 ， 厚度为2mm ， 要求表面电泳黑漆 ， 增加防腐蚀性能 ， 材料性能参数如表1 。 本文动力电池支架结构性能分析包括约束条件下模态分析 ， 冲击强度分析 ， 正面碰撞模拟分析 ， 安装螺栓受力分析 。
2.1 模态分析
将动力电池及其支架装配 ， 进行网格划分 ， 对支架上螺栓孔采用固定约束 ， 如图6 所示 ， 通过Nastran SOL 103 计算模态分析 ， 计算结果如图7 所示 ， 得到第一阶模态为40.12Hz ， 大于目标值30Hz ， 满足模态设计要求 。
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图6 模态分析约束模型
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图7 模态分析应力图
2.2 冲击强度分析
将上述设置约束模型基础上 ， 压边限位和凹形限位采用刚性连接 ， 在X ， Y 和Z 轴方向上分别施加3G ， 3G 和5G 加速度 ， 通过Nastran SOL 101 对X ， Y 和Z 轴三个方向分析计算强度分析 ， 计算结果如图8 所示 。
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图8 强度分析应力图
根据计算结果可知 ， 在X ， Y 和Z 轴三个方向上 ， 动力电池支架所承受的最大应力分别为74.4MPa ， 159.6MPa 和283.7MPa ， 其最大应力值小于材料的屈服强度316MPa ， 满足强度设计要求 。
2.3 碰撞模拟分析
（3）在碰撞过程中 ， 既要保证动力电池固定稳定 ， 避免发生飞脱和变形过大 ， 又要保证支架所承受的最大主应力小于材料的90%抗拉强度；
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图9 动态加速度曲线
通过碰撞分析软件计算 ， 得到动力电池及其支架整体变形图和最大变形图 ， 如图10 和11 所示 。 由此图可知 ， 动力电池支架无集中变形 ， 动力电池固定稳定 ， 未发生飞脱 ， 满足碰撞设计要求 。
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